±500 k V同塔双回直流输电工程运行中的三起断路器三相不一致保护动作研究

张朝斌

（中国南方电网超高压输电公司广州局，广东 广州510405）

0 引言

牛从直流满负荷6 400 MW，对交流滤波器的需求较高，从西换流站采用了22组交流滤波器以满足直流系统大无功功率的需求。交流滤波器的安全稳定运行关系到直流系统的稳定运行，至关重要，连续三次三相不一致保护动作给系统带来了很多未知风险，引起了运维单位的高度重视［1－2］。

1 三相不一致保护动作事故过程

2014年，牛从直流发生了多起交流断路器三相不一致动作事故，分析总结后发现有以下6个共同点：（1）事故均发生在功率上升过程中无功需求增加时；（2）事故均发生在无功控制系统要求投入交流滤波器时；（3）交流滤波器的断路器在合闸过程中某相未合闸，导致三相不一致保护动作断开其余已合闸的两相；（4）事故均发生在型号为3 AP2-FI、制造厂商为杭州西门子的断路器上；（5）事故发生间隔时间均不超过一个星期；（6）事故均发生在交流滤波器断路器上。由以上共同点可见，3AP2-FI型断路器合闸不成功不是偶然事件。

从西换流站500 k V断路器本体三相不一致保护有2条回路，正常运行时三相不一致的2条回路应同时投入，交流滤波器断路器三相不一致时间设定为0.5 s。

图1为3AP2-FI型断路器三相不一致原理图［2］，S1LA、S1LB、S1LC为三相分合闸辅助接点，其2套常闭、常开接点分别先并联后再串联，启动2路时间继电器K16、K26，在设定的延时后三相不一致继电器K61、K63动作，三相不一致保护动作跳闸。

2 事故原因

经过分析发现三起事故原因类似，现以事故2为例进行说明：运维人员检查三相不一致继电器发现，2路本体三相不一致继电器K61、K63动作。

2.1 保护检查情况分析

图2为591断路器故障录波图，可以看出，A、B相合上，C相未合闸，A、B相合闸约560 ms后，本体不一致保护动作跳开三相断路器，动作时间与断路器本体2路三相不一致时间继电器K16、K26设置时间（0.5 s）相符，断路器本体三相不一致保护正确动作跳开断路器。

2.2 控制装置检查情况分析

图1 3AP2-FI型断路器三相不一致原理图

图2 591断路器故障录波图

运维人员检查发现591滤波器保护屏A 591断路器选相合闸装置面板“动作”、“故障”红灯亮，查看2014-06-29T07：50时591断路器合闸时的报文，发现有591断路器A、B、C三相合闸出口的报文以及591 A、B两相断路器位置反馈的报文，但无591 C相断路器位置反馈的报文。

对2014-06-29T07：50时591断路器合闸时选相合闸装置内录波进行读取，如图3所示，发现591断路器A、B、C三相合闸出口命令、脉冲时间均正常，A相为209 ms，B相为212 ms，C相为216 ms。

图3 591断路器选相合闸装置录波图

根据录波图也可以看出“合闸启动校验”、“合闸启动1”命令均有发出，591断路器A、B两相有电流且有位置反馈信号，C相无电流且无位置反馈信号，表明591断路器C相并未合闸。

2.3 一次设备检查情况分析

故障后检查591断路器储能正常，SF6压力正常，三相不一致继电器K61／K63励磁、端子排无异常。进一步检查A、B、C相合闸线圈电阻分别为155Ω、190Ω、7.6Ω，C相合闸线圈严重损坏，导致远方合闸命令发出后未能合闸。将C相合闸线圈拆下后进行了复查，因当时环境温度已经有44.4℃，测得线圈电阻为17.9Ω。

2.4 合闸线圈故障原因分析

前面从保护、控制、一次3个方面分析，最终得出事故直接原因为断路器合闸线圈阻值降低。牛从直流落地点从西换流站共有54组3AP2-FI型断路器，其中包括32组交流场断路器，22组交流滤波器场断路器，发生故障的断路器均为交流滤波器场断路器，究其原因，笔者认为有以下5点：（1）交流滤波器为无功控制自动投切装置，直流系统输电容量大且具有功率变化较大的特点，这就必然导致交流滤波器场断路器分合次数远多于交流场断路器，其合闸线圈故障的概率更高；（2）3AP2-FI型断路器的合闸线圈由于批次问题质量有待提高；（3）断路器机构箱密封性能不完善，合闸线圈受潮，造成故障率高；（4）广东地区6、7月份持续高温高负荷，对设备运行造成不利影响；（5）滤波器为容性设备，分合闸时冲击电流等较大，运行工况较恶劣，容易对合闸线圈造成损害。

3 改进建议

（1）对3 AP2-FI型断路器的分合闸线圈开展全面排查，避免事故再次发生。运维单位对22组交流滤波器进行了全面排查，经统计发现合闸线圈的故障率约为78.8%，分闸线圈的故障率约为17.6%。所有交流滤波器场断路器均仅运行一年左右，如此高的故障率可见其分合闸线圈质量有待提高。运维单位更换了所有故障线圈，避免了同类型故障的再次发生。运维单位还对交流场断路器进行了全面排查，以根除隐患。

（2）督促厂家对所用分合闸线圈进行排查，提供合格的分合闸线圈备品来更换故障线圈。

（3）对断路器机构箱进行改造，加装防潮设施，可在断路器机构箱内放置防潮剂。

（4）在持续高温的6、7、8月，加强对断路器的巡视，增加断路器停电检查维护频率。

（5）针对滤波器的特性，重新校对选相合闸装置参数，降低分合闸时的冲击电流。

（6）在合闸线圈两端并联一大电阻以泄流，减少冲击电流对合闸线圈的影响。目前，运维单位已分别在571、581、584断路器的三相合闸线圈上加装了1 kΩ的并联泄流电阻，运行情况良好。

4 结语

本文针对三起连续的交流滤波器场断路器三相不一致保护动作事故，从保护装置检查、控制装置检查、一次设备检几个方面得出事故直接原因。再通过直接原因较全面地分析了故障的根本原因，并提出了对运维有实际意义的改进建议及措施，可以为现有工程的改进和新工程的设计提供借鉴。

［1］中国南方电网超高压输电公司广州局.从西站运行规程，2014

［2］西门子（杭州）高压断路器有限公司.500 k V断路器（3AP2-FI型）厂家资料，2011